JP7124530B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電源による電圧を変圧しつつ、直流電流を交流電流に変換する電力変換装置に関する。

上述した電力変換装置の一例が、例えば特許文献１に示されている。特許文献１の電力変換装置では、半導体素子を封止した複数の半導体モジュールと冷却管とを積層した積層体がケース内に収容される。積層体は、ケースの底面に固定されるとともに、その固定される側の反対側から、各半導体モジュールのパワー端子（正極端子、負極端子、交流端子）を突出させ、それらパワー端子を、バスバーを介してコンデンサやリアクトルなどに電気的に接続している。

特許第６１１９４１９号公報

ここで、電力変換装置は、車両などへの搭載性の向上を図るため、低背化や小型化の要求が高まっている。電力変換装置を低背化や小型化すると、半導体モジュール、コンデンサ、リアクトルなどの動作時に発熱する部品同士の間隔が狭まる。その結果、発熱する部品間において、相互に発熱の影響を受けやすくなり（熱干渉）、十分な放熱を行い難くなるという問題が生じる。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、電力変換装置を低背化や小型化しても、発熱部品間の熱干渉を抑制することが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による電力変換装置（５）は、直流電源による電圧を変圧しつつ、直流電流を交流電流に変換するものであって、
電力変換装置を構成する複数の電気部品を収容するケース（１００）と、
複数の電気部品の内、動作時に発熱する複数の発熱部品（１０２、１１０、１２０）を冷却する冷却機構と、を備え、
複数の発熱部品の内、少なくとも第１の発熱部品（１１０）と第２の発熱部品（１２０）は、ケースの深さ方向と直交する方向に沿って、ケース内に配置されるとともに、それぞれの発熱部品から突出するパワー端子（１１４、１３０）を有し、
第１および第２の発熱部品のパワー端子を接続するバスバー（１３６）をさらに備え、
第１の発熱部品のパワー端子が突出する部位と、第２の発熱部品のパワー端子が突出する部位とは、各々の発熱部品の深さ方向における中心線を挟んで反対側に設けられ、第１の発熱部品のパワー端子の突出方向と第２の発熱部品のパワー端子の突出方向とが逆方向であり
第１の発熱部品は、パワー半導体素子を内蔵した本体部からパワー端子が突出する半導体モジュールであり、
第２の発熱部品は、リアクトルであり、
半導体モジュールは、パワー端子が突出する面と対向する面から突出する制御端子を有し、
リアクトルのパワー端子は、断面が長辺と短辺からなり、長辺に当たる面がバスバーの一端と接合されるとともに、短辺に当たる面が、半導体モジュールの制御端子と対向する向きに設けられることを特徴とする。

このように、本発明による電力変換装置は、動作時に発熱する複数の発熱部品を冷却する冷却機構を備えている。このため、動作時に第１および第２の発熱部品が発熱しても、その発熱自体を緩和することが可能になる。

上記のように、第１および第２の発熱部品は冷却機構によって冷却されるが、それでも動作時に発熱しなくなる訳ではない。一方の発熱部品で熱が発生すると、その熱は、伝熱しやすいパワー端子およびバスバーを通じて、他の発熱部品へ伝えられる。しかし、本発明による電力変換装置では、第１および第２の発熱部品のパワー端子の少なくとも一方は、互いに対向する側以外から突出するとともに、第１および第２の発熱部品のパワー端子の突出方向が異なるように設けられる。このため、第１および第２の発熱部品が、ケースの深さ方向と直交する方向に沿って、前記ケース内に配置されていても、第１および第２の発熱部品のパワー端子を接続するバスバーの長さを長く取ることが可能になる。その結果、第１および第２の発熱部品間における伝熱を抑えることができ、熱干渉を抑制することができる。

さらに、本発明による電力変換装置では、第１の発熱部品のパワー端子が突出する部位と、第２の発熱部品のパワー端子が突出する部位とは、各々の発熱部品の深さ方向における中心線を挟んで反対側に設けられ、第１の発熱部品のパワー端子の突出方向と第２の発熱部品のパワー端子の突出方向とが逆方向である。このため、それぞれのパワー端子からの輻射熱によるケース内部の局所的な温度上昇も抑えることができる。

上記括弧内の参照番号は、本開示の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら発明の範囲を制限することを意図したものではない。

また、上述した特徴以外の、特許請求の範囲の各請求項に記載した技術的特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。

実施形態に係る電力変換装置が適用される車両の駆動システムの概略構成を示す図である。 電力変換装置の横断面図である。 図２におけるIII－III線に沿った断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置を図面を参照して説明する。本実施形態に係る電力変換装置は、たとえば電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＶ）などの車両に適用可能である。以下では、ハイブリッド自動車に適用される例について説明する。

＜車両の駆動システム＞
先ず、図１に基づき、電力変換装置５が適用される車両の駆動システム１の概略構成について説明する。図１に示すように、車両の駆動システム１は、直流電源２と、モータジェネレータ３、４と、直流電源２とモータジェネレータ３、４との間で電力変換を行う電力変換装置５を備えている。

直流電源２は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの充放電可能な二次電池である。モータジェネレータ３、４は、三相交流方式の回転電機である。モータジェネレータ３は、図示しないエンジンにより駆動されて発電する発電機（オルタネータ）、及び、エンジンを始動させる電動機（スタータ）として機能する。モータジェネレータ４は、車両の走行駆動源、すなわち電動機として機能する。また、回生時には発電機として機能する。車両は、走行駆動源として、エンジン及びモータジェネレータ４を備えている。

＜電力変換装置の回路構成＞
次に、電力変換装置５の回路構成について説明する。図１に示すように、電力変換装置５は、コンバータ６と、インバータ７、８と、制御回路部９と、平滑コンデンサＣ１と、フィルタコンデンサＣ２などを備えている。コンバータ６及びインバータ７、８は、電力変換部である。コンバータ６は、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換するＤＣ－ＤＣ変換部であり、インバータ７、８は、ＤＣ－ＡＣ変換部である。これら電力変換部は、上下アーム回路１０をそれぞれ備えている。

上下アーム回路１０は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２を有している。本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２として、ｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。上アーム１０Ｕは、スイッチング素子Ｑ１に、還流用のダイオードＤ１が逆並列に接続されてなる。下アーム１０Ｌは、スイッチング素子Ｑ２に、還流用のダイオードＤ２が逆並列に接続されてなる。なお、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、ＩＧＢＴに限定されない。たとえばＭＯＳＦＥＴを採用することもできる。ダイオードＤ１、Ｄ２としては、寄生ダイオードを用いることもできる。

上アーム１０Ｕと下アーム１０Ｌは、上アーム１０ＵをＶＨライン１２Ｈ側として、ＶＨライン１２ＨとＮライン１３との間で直列接続されている。高電位側の電力ラインであるＰライン１２は、上記したＶＨライン１２Ｈに加えて、ＶＬライン１２Ｌを有している。ＶＬライン１２Ｌは、直流電源２の正極端子に接続されている。ＶＬライン１２ＬとＶＨライン１２Ｈとの間にコンバータ６が設けられており、ＶＨライン１２Ｈの電位は、ＶＬライン１２Ｌの電位以上とされる。Ｎライン１３は、直流電源２の負極に接続されており、低電位側の電力ラインであって、接地ラインとも称される。このように、高電位側と低電位側の電力ライン間で上アーム１０Ｕと下アーム１０Ｌが直列接続されて、上下アーム回路１０が構成されている。後述する半導体モジュール１１０は、それぞれ、１つの上下アーム回路１０を含むものである。

なお、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ電極がＶＨライン１２Ｈに接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ電極がＮライン１３に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のエミッタ電極と、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ電極が接続されている。

フィルタコンデンサＣ２は、ＶＬライン１２ＬとＮライン１３との間に接続されている。フィルタコンデンサＣ２は、直流電源２に並列に接続されている。フィルタコンデンサＣ２は、たとえば直流電源２からの電源ノイズを除去する。フィルタコンデンサＣ２は、平滑コンデンサＣ１よりも低電圧側に配置されるため、低圧側コンデンサとも称される。なお、Ｎライン１３及びＶＬライン１２Ｌの少なくとも一方には、直流電源２とフィルタコンデンサＣ２との間に、図示しないシステムメインリレー（ＳＭＲ）が設けられている。

コンバータ６は、上記した上下アーム回路１０と、リアクトルＲ１を有している。上下アーム回路１０は、ＶＨライン１２ＨとＮライン１３との間に接続されている。リアクトルＲ１の一端はＶＬライン１２Ｌに接続され、他端は、昇圧配線１４を介して、上アーム１０Ｕ及び下アーム１０Ｌの接続点に接続されている。すなわち、ＶＬライン１２Ｌと上下アーム回路１０の接続点との間に、リアクトルＲ１が配置されている。

コンバータ６は、制御回路部９によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換する。コンバータ６は、直流電源２から供給される直流電圧を昇圧する機能を有している。また、平滑コンデンサＣ１の電荷を用いて直流電源２を充電する降圧機能も有している。

平滑コンデンサＣ１は、ＶＨライン１２ＨとＮライン１３との間に接続されている。平滑コンデンサＣ１は、コンバータ６とインバータ７、８との間に設けられており、コンバータ６及びインバータ７、８と並列に接続されている。平滑コンデンサＣ１は、たとえばコンバータ６で昇圧された直流電圧を平滑化し、その直流電圧の電荷を蓄積する。平滑コンデンサＣ１の両端間の電圧が、モータジェネレータ３、４を駆動するための直流の高電圧となる。平滑コンデンサＣ１の両端間の電圧は、フィルタコンデンサＣ２の両端間の電圧以上とされる。平滑コンデンサＣ１は、フィルタコンデンサＣ２よりも高電圧側に配置されるため高圧側コンデンサとも称される。

インバータ７は、平滑コンデンサＣ１を介してコンバータ６に接続されている。インバータ７は、上記した上下アーム回路１０を３組有している。すなわち、インバータ７は、三相分の上下アーム回路１０を有している。Ｕ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ３の固定子に設けられたＵ相巻線に接続されている。同様に、Ｖ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ３のＶ相巻線に接続されている。Ｗ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ３のＷ相巻線に接続されている。各相の上下アーム回路１０の接続点は、相ごとに設けられた出力配線１５を介して対応する相の巻線に接続されている。

インバータ７は、制御回路部９によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ３へ出力する。これにより、モータジェネレータ３は、所定のトルクを発生するように駆動される。また、インバータ７は、エンジンの出力を受けてモータジェネレータ３が発電した三相交流電圧を、制御回路部９によるスイッチング制御にしたがって直流電圧に変換し、ＶＨライン１２Ｈへ出力することもできる。このように、インバータ７は、コンバータ６とモータジェネレータ３との間で双方向の電力変換を行なう。

同様に、インバータ８も、平滑コンデンサＣ１を介してコンバータ６に接続されている。インバータ８も、上記した上下アーム回路１０を３組有している。すなわち、インバータ８は、三相分の上下アーム回路１０を有している。Ｕ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ４の固定子に設けられたＵ相巻線に接続されている。Ｖ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ４のＶ相巻線に接続されている。Ｗ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ４のＷ相巻線に接続されている。各相の上下アーム回路１０の接続点は、相ごとに設けられた出力配線１５を介して対応する相の巻線に接続されている。

インバータ８は、制御回路部９によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ４へ出力する。これにより、モータジェネレータ３は、所定のトルクを発生するように駆動される。また、インバータ８は、車両の回生制動時、車輪からの回転力を受けてモータジェネレータ４が発電した三相交流電圧を、制御回路部９によるスイッチング制御にしたがって直流電圧に変換し、ＶＨライン１２Ｈへ出力することもできる。このように、インバータ８は、コンバータ６とモータジェネレータ４との間で双方向の電力変換を行なう。

制御回路部９は、たとえばマイコン（マイクロコンピュータ）を備えて構成されている。制御回路部９は、インバータ７，８のスイッチング素子を動作させるための駆動指令を生成し、図示しない駆動回路部（ドライバ）に出力する。制御回路部９は、具体的には、駆動指令としてＰＷＭ信号を出力する。制御回路部９は、図示しない上位ＥＣＵから入力されるトルク要求や各種センサにて検出された信号に基づいて、駆動指令を生成する。

各種センサとしては、モータジェネレータ３、４の各相の巻線に流れる相電流を検出する電流センサ、モータジェネレータ３、４の回転子の回転角を検出する回転角センサ、平滑コンデンサＣ１の両端電圧、すなわちＶＨライン１２Ｈの電圧を検出する電圧センサ、フィルタコンデンサＣ２の両端電圧、すなわちＶＬライン１２Ｌの電圧を検出する電圧センサ、昇圧配線１４に設けられ、リアクトルＲ１を流れる電流を検出する電流センサ、リアクトルＲ１の温度を検出する温度センサなどがある。電力変換装置５は、これらの図示しないセンサを有している。

なお、駆動回路部は、制御回路部９からの駆動指令に基づいて駆動信号を生成し、対応する上下アーム回路１０のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート電極に出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。本実施形態では、駆動回路部が上下アーム回路１０ごとに設けられている。

＜電力変換装置の構造＞
次に、図２および図３を参照して、本実施形態に係る電力変換装置５の構造について説明する。図２は、電力変換装置５の横断面図であり、図３は、図２におけるIII－III線に沿った断面図である。なお、以下の説明において、電力変換装置５の深さ方向をＺ方向、Ｚ方向に直交し、複数の半導体モジュール１１０と冷却管１０６との積層方向をＸ方向と示す。また、Ｚ方向及びＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向と示す。

電力変換装置５は、図２、図３に示すように、主として、コンデンサユニット１０２、冷却管１０６と半導体モジュール１１０との積層体１０４、リアクトルユニット１２０、端子台１３４、および、制御回路基板１４０などから構成される。これらの構成部品が、ケース１００内に収容される。ケース１００は、アッパーカバー１００ａ、メインケース１００ｂ、ロアケース１００ｃ、ロアカバー１００ｄにより構成される。

コンデンサユニット１０２は、全体として、略直方体の形状を呈し、上述した平滑コンデンサＣ１およびフィルタコンデンサＣ２を含む。例えば、コンデンサユニット１０２は、複数のフィルムコンデンサをケース内に収容してなるものである。コンデンサユニット１０２は、ねじ締結などによってメインケース１００ｂに固定される。

図２、図３においては、コンデンサユニット１０２内のフィルタコンデンサＣ２の正極側端子（パワー端子）に接続されたバスバー１２８が、コンデンサユニット１０２のリアクトルユニット１２０側の側面から突出して、リアクトルユニット１２０内のリアクトルＲ１の一方のパワー端子１２６に接続されることしか図示していない。しかし、実際には、フィルタコンデンサＣ２の正極側端子以外の、平滑コンデンサＣ１およびフィルタコンデンサＣ２の各端子が、図示しないバスバーを介して、半導体モジュール１１０のパワー端子（正極端子、負極端子）などに接続される。それらのバスバーは、フィルタコンデンサＣ２の正極側端子に接続されたバスバーと同様に、コンデンサユニット１０２のリアクトルユニット１２０側（積層体１０４側）の側面から突出するように設けられる。バスバーは、銅などの導電性に優れる金属板材を、たとえばプレス加工して形成されたものである。

積層体１０４を構成する各半導体モジュール１１０は、上述したように、１つの上下アーム回路１０を含むものである。すなわち、１つの半導体モジュール１１０は、上アーム１０Ｕを構成するスイッチング素子Ｑ１と還流用ダイオードＤ１、および下アーム１０Ｌを構成するスイッチング素子Ｑ２と還流用ダイオードＤ２とを内蔵している。上述したように、上下アーム回路１０は、コンバータ６とインバータ７、８とにおいてそれぞれ用いられる。コンバータ６およびインバータ７、８の上下アーム回路１０は、すべて、半導体モジュール１１０としてモジュール化されている。

各々の半導体モジュール１１０は、上アーム１０Ｕおよび下アーム１０Ｌを構成する半導体チップを封止樹脂体によって封止したものである。この半導体モジュール１１０からは、図２、図３に示すように、Ｚ方向において対向する両端面から制御端子１１２とパワー端子１１４とが突出している。より具体的には、制御回路基板１４０に近い側の上面から複数の制御端子１１２が突出し、その上面と反対側の下面から複数のパワー端子１１４が突出する。

制御端子１１２として、各半導体モジュール１１０において、上アーム１０Ｕおよび下アーム１０Ｌからそれぞれ５本の制御端子１１２が突出している。これら５本の制御端子１１２は、ゲート電極用、エミッタ電極の電位を検出するケルビンエミッタ用、電流センス用、半導体チップの温度を検出する温度センサ（感温ダイオード）のアノード電位用とカソード電位用として用いられる。各々の半導体モジュール１１０から突出した制御端子１１２は、図３に示すように、制御回路基板１４０を貫通した状態で、制御回路基板１４０に締結される。

一方、パワー端子１１４としては、各々の半導体モジュール１１０において、３本のパワー端子１１４が突出している。これら３本のパワー端子は、ＶＨライン１２Ｈに接続される正極端子、Ｎライン１３に接続される負極端子、および、リアクトルＲ１やモータジェネレータ３、４の各相への出力配線１５に接続される交流端子である。

冷却管１０６は、熱伝導性に優れた金属材料、たとえばアルミニウム系材料を用いて形成される。例えば、一対のプレート（金属製薄板）の少なくとも一方を、プレス加工によってＸ方向に膨らんだ形状に加工する。その後、一対のプレートの外周縁部同士を、かしめなどによって固定するとともに、ろう付けなどによって全周で互いに接合する。これにより、一対のプレート間に冷媒が流通可能な流路が形成され、冷却管１０６として用いることが可能となる。

本実施形態では、動作時に発熱する半導体モジュール１１０を冷却するため、半導体モジュール１１０と冷却管１０６とを交互に積層して、積層体１０４を形成する。積層体１０４には、積層された複数の冷却管１０６の流路と連通する２本の冷却パイプ１０８が設けられる。図示しないポンプによって冷媒を一方の冷却パイプ１０８に供給することによって、積層された冷却管１０６内の流路に冷媒が流れる。これにより、積層体１０４の各々の半導体モジュール１１０が冷媒によって冷却される。

さらに、本実施形態では、冷媒が、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される密閉空間を流れるように構成されている。上述した積層体１０４の冷却管１０６と、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの密閉空間に冷媒を流すために、例えば、積層体１０４に設けた一方の冷却パイプ１０８を、ケース１００外部に設けたコネクタ（図示せず）によって、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される空間に連通させてもよい。または、ケース１００内において、積層体１０４における流路とロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される空間とを連通させてもよい。あるいは、積層体１０４の冷媒流路と、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される空間を独立した２系統とし、図示しないポンプから、２系統へそれぞれ冷媒を供給してもよい。このように、本実施形態に係る電力変換装置５は、冷媒を、積層体１０４の冷却管１０６およびロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される密閉空間を流動させる冷却機構を備えている。

積層体１０４とメインケース１００ｂに設けられた第１仕切壁１１８との間には、弾性部材１１６が設けられている。この弾性部材１１６によって積層体１０４がメインケース１００ｂの内壁に押圧される。この結果、積層体１０４は、ケース１００内の一定の位置に保持される。

リアクトルユニット１２０は、コンデンサユニット１０２と同様に、全体として、略直方体の形状を呈し、リアクトルＲ１を含むものである。リアクトルユニット１２０は、ロアケース１００ｃに設けられた第２仕切壁１２２と、第３仕切壁１２４とに挟持された状態で、ケース１００に固定される。

リアクトルユニット１２０は、パワー端子として、第１端子１２６及び第２端子１３０をそれぞれ有している。第１端子１２６は、フィルタコンデンサＣ２の正極端子とバスバー１２８を介して電気的に接続される端子である。第２端子１３０は、コンバータ６を構成する半導体モジュール１１０のパワー端子（交流端子）と、後述する端子台１３４に形成されたバスバー１３６を介して電気的に接続される端子である。

図３に示すように、第１端子１２６および第２端子１３０は、第２および第３仕切壁１２２、１２４との間のリアクトルユニット１２０の上面から、Ｚ方向に沿って制御回路基板１４０に向かって突出している。第１端子１２６および第２端子１３０の突出高さは、図３に示すように、積層体１０４の半導体モジュール１１０の上面よりも低くなっている。従って、リアクトルユニット１２０の第１端子１２６および第２端子１３０をＸ方向に投影した場合、半導体モジュール１１０の上面から突出する制御端子１１２と、リアクトルユニット１２０の上面から突出する第１端子１２６および第２端子１３０とが重ならない位置関係となっている。

また、リアクトルユニット１２０の第１端子１２６および第２端子１３０は、図２に示すように、ともに断面が略長方形となっている。その略長方形の断面の長辺に当たる面が、第１端子１２６および第２端子１３０における主面として、上述したバスバー１２８、１３６の一端と接合される。第１端子１２６および第２端子１３０は、ともに、それぞれの主面の方向がＸ方向と平行となり、Ｙ方向に平行な方向である、積層体１０４の各半導体モジュール１１０の制御端子１１２の配列方向と直交するように、リアクトルユニット１２０に設けられている。

さらに、リアクトルユニット１２０には、リアクトルＲ１の温度を検出する温度センサが設けられている。その温度センサに接続された接続端子１３２が、リアクトルユニット１２０の上面から、Ｚ方向に沿って伸びている。温度センサの接続端子１３２は、図３に示すように、制御回路基板１４０を貫通した状態で、制御回路基板１４０に締結される。

リアクトルユニット１２０を挟持する第２仕切壁１２２および第３仕切壁１２４は、図２および図３に示すように、内部に空洞１２２ａ、１２４ａが形成されている。リアクトルユニット１２０が載置されるロアケース１００ｃの下方部分には、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に隙間１２５が形成されている。第２仕切壁１２２の空洞１２２ａと第３仕切壁１２４の空洞１２４ａとは、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間の隙間１２５を介して連通されている。さらに、図示していないが、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間の隙間１２５は、コンデンサユニット１０２が載置されるロアケース１００ｃの下方部分まで延びており、コンデンサユニット１０２は図示しない放熱シート等を介してロアケース１００ｃに当接している。

このため、上述した冷却機構によって、冷媒を、積層体１０４の冷却管１０６およびロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される密閉空間内を流動させたとき、その冷媒によって、半導体モジュール１１０に加え、リアクトルユニット１２０およびコンデンサユニット１０２も冷却される。特に、リアクトルユニット１２０に関しては、リアクトルユニット１２０を挟持する第２仕切壁１２２および第３仕切壁１２４にそれぞれ冷媒が流れる空洞１２２ａ、１２４ａを設けているので、より効果的にリアクトルユニット１２０を冷却することができる。

端子台１３４は、複数の半導体モジュール１１０のパワー端子に接続される複数のバスバー１３６や複数の端子、これらを保持するハウジング、ハウジング内に設けられ、各半導体モジュール１１０のパワー端子に流れる電流を検出する電流センサなどを備えている。端子台１３４には、モータジェネレータ３、４と接続するための接続端子が設けられている。図示しないケース１００の開口部を介して、端子台１３４の接続端子が、モータジェネレータ３，４の三相巻線と接続される。

制御回路基板１４０には、上記した、制御回路部９や、駆動回路部が形成されている。すなわち、制御回路基板１４０は、プリント基板にマイコンを含む各種の電子部品が実装されたものである。制御回路基板１４０には、上位ＥＣＵなどと接続するためのコネクタも実装されている。

＜電力変換装置の技術的特徴＞
次に、本実施形態に係る電力変換装置５の技術的特徴について説明する。搭載性の向上などのため、電力変換装置５を低背化や小型化しようとすると、半導体モジュール１１０を有する積層体１０４、コンデンサユニット１０２、リアクトルユニット１２０などの動作時に発熱する部品同士の間隔が狭まることになる。その結果、発熱する部品間において、相互に発熱の影響を受けやすくなり（熱干渉）、それぞれ、十分な放熱を行い難くなるという問題が生じる。

このような問題に対して、本実施形態に係る電力変換装置５では、動作時に発熱する複数の発熱部品（半導体モジュール１１０、リアクトルＲ１、コンデンサＣ１、Ｃ２）を冷却する冷却機構を備えている。このため、動作時にこれらの発熱部品が発熱しても、その発熱自体を緩和することができる。

ただし、冷却機構によって発熱部品を冷却しても、動作時に発熱しなくなる訳ではない。例えば、発熱部品としての半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０とはパワー端子およびバスバーを通じて接続されており、一方の発熱部品が発熱すると、その熱は、伝熱しやすいパワー端子およびバスバーを通じて、他の発熱部品へ伝えられる。しかし、本実施形態に係る電力変換装置５では、半導体モジュール１１０およびリアクトルユニット１２０のそれぞれのパワー端子１１４、１３０の少なくとも一方は、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０とが互いに対向する側以外から突出するとともに、それぞれのパワー端子１１４、１３０の突出方向が異なるように設けられる。より具体的には、バスバーを介して相互に接続される半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０のそれぞれのパワー端子１１４、１３０は、逆方向に突出している。ただし、必ずしも逆方向に突出させる必要はなく、例えば、リアクトルユニット１２０のパワー端子を、電力変換装置５の深さ方向（Ｚ方向）に沿った面を有する側面から突出させてもよい。

その結果、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０のパワー端子１１４、１３０を接続するバスバーの長さを長く取ることが可能になる。その結果、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０との間における伝熱を抑えることができ、熱干渉を抑制することができる。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置５では、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０のそれぞれのパワー端子１１４、１３０の少なくとも一方は、互いに対向する側以外から突出するとともに、それぞれのパワー端子１１４、１３０が異なる方向に突出するので、それぞれのパワー端子１１４、１３０からの輻射熱によるケース１００内部の局所的な温度上昇も抑えることができる。

このようなパワー端子の突出方向の関係は、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０だけに限られない。例えば、上述したように、半導体モジュール１１０とコンデンサユニット１０２のそれぞれのパワー端子の突出方向も異なっているので、同様の効果を奏することができる。さらに、コンデンサユニット１０２からのパワー端子の突出方向が、半導体モジュール１１０のパワー端子の突出方向と逆方向となるように、Ｘ－Ｙ平面（Ｚ方向に直交する平面）を持つ、コンデンサユニット１０２の上面からパワー端子を突出させてもよい。なお、複数の発熱部品のうち、半導体モジュール１１０と比較して、リアクトルユニット１２０及びコンデンサユニット１０２の発熱は小さいため、リアクトルユニット１２０とコンデンサユニット１０２のパワー端子は、それぞれ突出方向を同一方向としても構わない。

リアクトルユニット１２０および／またはコンデンサユニット１０２の側面からパワー端子を突出させる場合には、その突出部位を、リアクトルユニット１２０および／またはコンデンサユニット１０２のＺ方向における中心線を基準とし、半導体モジュール１１０のパワー端子１１４から離れる側に設けることが好ましい。つまり、半導体モジュール１１０のパワー端子１１４は、半導体モジュール１１０のＺ方向における中心線よりも、図３において下側に設けられているので、リアクトルユニット１２０および／またはコンデンサユニット１０２のパワー端子は、それぞれのＺ方向における中心線よりも上側に設けることが好ましい。この場合、一方の発熱部品のパワー端子が突出する部位と、他方の発熱部品のパワー端子が突出する部位とは、各々の発熱部品のＺ方向における中心線を挟んで反対側に設けられることになる。これにより、半導体モジュール１１０のパワー端子１１４と、リアクトルユニット１２０および／またはコンデンサユニット１０２のパワー端子とを接続するバスバーの長さを、極力、長く取ることが可能になる。なお、図２、３に示す構成では、一方の発熱部品のパワー端子が突出する部位と、他方の発熱部品のパワー端子が突出する部位とは、各々の発熱部品のＺ方向における中心線を挟んで反対側に設けられている。

また、本実施形態に係る電力変換装置５では、リアクトルユニット１２０が、第２仕切壁１２２，第３仕切壁１２４、およびリアクトルユニット１２０が載置されるケース１００の内面の３面から冷却される。逆に言えば、本実施形態に係る電力変換装置５では、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０のパワー端子を同じ側の下面から同じ方向に突出させていないので、リアクトルユニット１２０の下面も冷却対象とすることができる。このように、冷却機構は、半導体モジュール１１０からパワー端子１１４が突出する下面と同じ側のリアクトルユニット１２０の下面も冷却するので、ケース１００内部の局所的な温度上昇をより効果的に抑えることができる。

また、本実施形態に係る電力変換装置５では、リアクトルユニット１２０から突出するパワー端子（第１端子１２６および第２端子１３０）をＸ方向に投影した場合、半導体モジュール１１０の上面から突出する制御端子１１２とは重ならない位置関係となっている。つまり、半導体モジュール１１０の制御端子１１２と、リアクトルユニット１２０のパワー端子とは、Ｚ方向において、異なる高さ範囲に設けられている。このため、リアクトルユニット１２０のパワー端子に電流が流れることで発生する磁束によるノイズ成分が、半導体モジュール１１０の制御端子１１２に到達しにくくなる。その結果、半導体モジュール１１０の制御端子１１２を介して送信される各種の信号に、リアクトルユニット１２０由来のノイズが重畳されにくくすることができる。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置５では、リアクトルユニット１２０の第１端子１２６および第２端子１３０は、それぞれの主面の方向（Ｘ方向）が、ともに、積層体１０４の各半導体モジュール１１０の制御端子１１２の配列方向（Ｙ方向）と直交するように、リアクトルユニット１２０に設けられている。換言すれば、リアクトルユニット１２０の第１端子１２６および第２端子１３０は、主面と直交する側面が、複数の半導体モジュール１１０のそれぞれの制御端子１１２と対向する向きに設けられている。

リアクトルユニット１２０の第１端子１２６および第２端子１３０に電流が流れたとき、その電流によって発生する磁束は、その多くが主面から放射される。本実施形態では、第１端子１２６および第２端子１３０の主面と直交する側面が、複数の半導体モジュール１１０の制御端子１１２と対向しているので、半導体モジュール１１０の制御端子１１２へ向かう磁束の量を少なくすることができる。従って、この点からも、半導体モジュール１１０の制御端子１１２を介して送信される各種の信号に、リアクトルユニット１２０由来のノイズが重畳されにくくすることができる。

また、本実施形態による電力変換装置５では、リアクトルＲ１の温度を検出する温度センサに接続された接続端子１３２が、制御回路基板１４０を貫通した状態で、制御回路基板１４０に締結される。このように、温度センサと制御回路基板との接続のためにハーネス等を用いていないので、組付けが容易になるとともに、製造コストを低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能なものである。

例えば、上述した実施形態では、複数の発熱部品を冷却するための冷却機構として、冷媒を用いた水冷機構を採用した。しなしながら、冷却機構として、空冷機構を用いてもよい。

また、上述した実施形態に係る電力変換装置５では、端子台１３４に設けられたバスバー１３６を用いて、リアクトルユニット１２０と半導体モジュール１１０のパワー端子を接続した。しかしながら、端子台１３４から独立したバスバーによって、リアクトルユニット１２０と半導体モジュール１１０のパワー端子を接続してもよい。

また、上述した実施形態に係る電力変換装置５では、リアクトルユニット１２０の冷却面を３面としたが、その冷却面は１面であっても、２面であってもよい。あるいは、パワー端子を突出させる上面以外の５面を冷却面としてもよい。

また、上述した実施形態に係る電力変換装置５では、ケース１００を、アッパーカバー１００ａ、メインケース１００ｂ、ロアケース１００ｃ、ロアカバー１００ｄの４つの部品で構成したが、ケース１００を構成する部品は３つであっても、２つであってもよい。あるいは、５つ以上の部品で構成してもよい。

また、本実施形態に係る電力変換装置５では、コンバータ６は、１組のリアクトルＲ１と上下アーム回路１０を備えるものであったが、複数組のリアクトルＲ１と上下アーム回路１０を備えてもよい。複数組のリアクトルＲ１と上下アーム回路１０が設けられる場合、それらは互いに並列接続される。そして、モータジェネレータ３，４を駆動するために平滑コンデンサＣ１に充電する必要がある電圧の大きさに応じて、駆動する組の数が切り替えられる。この場合、リアクトルユニット１２０は、複数のリアクトルを積層した状態で内蔵する。その際、複数のリアクトル間に、半導体モジュール１１０と同様に、冷却管を介在させてもよい。そして、積層された複数のリアクトルのパワー端子は、リアクトルユニットから同じ方向に突出する。

１：駆動システム、２：直流電源、３、４：モータジェネレータ、５：電力変換装置、６：コンバータ、７、８：インバータ、９：制御回路部、１０：上下アーム回路、１０Ｌ：下アーム、１０Ｕ：上アーム、１２：Ｐライン、１３：Ｎライン、１４：昇圧配線、１５：出力配線、１００：ケース、１００ａ：アッパーカバー、１００ｂ：メインケース、１００ｃ：ロアケース、１００ｄ：ロアカバー、１０２：コンデンサユニット、１０４：積層体、１０６：冷却管、１０８：冷却パイプ、１１０：半導体モジュール、１１２：制御端子、１１４：パワー端子、１１６：弾性部材、１１８：第１仕切壁、１２０：リアクトルユニット、１２２：第２仕切壁、１２４：第３仕切壁、１３４：端子台、１４０：制御回路基板

Claims (5)

1. 直流電源による電圧を変圧しつつ、直流電流を交流電流に変換する電力変換装置（５）であって、
   前記電力変換装置を構成する複数の電気部品を収容するケース（１００）と、
   前記複数の電気部品の内、動作時に発熱する複数の発熱部品（１０２、１１０、１２０）を冷却する冷却機構と、を備え、
   前記複数の発熱部品の内、少なくとも第１の発熱部品（１１０）と第２の発熱部品（１２０）は、前記ケースの深さ方向と直交する方向に沿って、前記ケース内に配置されるとともに、それぞれの発熱部品から突出するパワー端子（１１４、１３０）を有し、
   前記第１および第２の発熱部品のパワー端子を接続するバスバー（１３６）をさらに備え、
   前記第１の発熱部品のパワー端子が突出する部位と、前記第２の発熱部品のパワー端子が突出する部位とは、各々の発熱部品の深さ方向における中心線を挟んで反対側に設けられ、前記第１の発熱部品のパワー端子の突出方向と前記第２の発熱部品のパワー端子の突出方向とが逆方向であり
   前記第１の発熱部品は、パワー半導体素子を内蔵した本体部からパワー端子が突出する半導体モジュールであり、
   前記第２の発熱部品は、リアクトルであり、
   前記半導体モジュールは、前記パワー端子が突出する面と対向する面から突出する制御端子（１１２）を有し、
   前記リアクトルのパワー端子は、断面が長辺と短辺からなり、長辺に当たる面が前記バスバーの一端と接合されるとともに、短辺に当たる面が、前記半導体モジュールの前記制御端子と対向する向きに設けられる電力変換装置。
2. 前記半導体モジュールは、複数の半導体モジュールが積層された積層体（１０４）として前記ケース内に配置され、前記複数の半導体モジュールから同じ方向にパワー端子が突出することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記リアクトルは、複数のリアクトルが積層された積層体として、前記ケース内に配置され、前記複数のリアクトルから同じ方向にパワー端子が突出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記冷却機構は、前記第１の発熱部品からパワー端子が突出する面と同じ側の前記第２の発熱部品の面も冷却することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電力変換装置。
5. 前記半導体モジュールの前記制御端子と、前記リアクトルの前記パワー端子とは、前記ケースの深さ方向において、異なる高さ範囲に設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の電力変換装置。

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